安全柵原理

1. 安全柵原理—簡介

　　安全柵一般出現(xiàn)在本安系統(tǒng)中，首先介紹一個電氣知識，本質安全是系統(tǒng)防爆技術，指通過設計等手段使生產(chǎn)設備或生產(chǎn)系統(tǒng)本身具有安全性，即使在誤操作或發(fā)生故障的情況下也不會造成事故的功能。而安全柵是本安防爆系統(tǒng)中常用的關聯(lián)設備。

　　安全柵是介于現(xiàn)場設備和控制室之間的一個回路限制能量的電路，如下圖所示。其基本功能有兩個：一使危險場所的本安設備能正常工作;第二用來把控制室供給現(xiàn)場儀表的電能量限制在既不能產(chǎn)生足以引爆危險氣體的火花的范圍，又不能產(chǎn)生足以引爆危險氣體的儀表表面溫度的范圍，即使本安設備自身發(fā)生故障，只要安全柵的限流限壓電路工作正常，也不會產(chǎn)生任何足以引燃爆炸環(huán)境的火花或表面溫度。因此無論安全場所的控制室設備還是危險場所的本安設備發(fā)生故障，整個系統(tǒng)在電路上都會處于本質上的安全狀態(tài)，不會產(chǎn)生爆炸。

　　由于安全柵被設計為介于現(xiàn)場設備與控制室設備之間的一個限制能量的接口，因此無論控制室設備處于正常或故障狀態(tài)，安全柵都能確保通過它傳送給現(xiàn)場設備的能量是本質安全的。

2. 安全柵原理—分類

　　安全柵作為控制室的非本安設備與危險場所的本安設備之間的關聯(lián)設備，是本安爆系統(tǒng)中的重要組成部分，安全柵按結構分為齊納式安全柵和隔離式安全柵兩大類。

　　1)、齊納式安全柵

　　齊納式安全柵采用在電路回路中串聯(lián)快速熔斷絲、限流電阻和并聯(lián)限壓齊納二極管實現(xiàn)能量的限制，保證危險區(qū)儀表與安全區(qū)儀表信號連接時安全限能。它采用器件非常少、體積小、價格低，但也有一些致命的缺陷，使應用范圍受到較大的限制。

　　2)、隔離式安全柵

　　隔離式安全柵采用了將輸入、輸出以及電源三方之間相互電氣隔離的電路結構，不但有限能功能，還有隔離功能，同時符合本安型限制能量的要求，它主要由回路限能單元、信號、電源隔離單元和信號處理單元組成。與齊納式安全相比，雖然價格較貴，但它性能上的突出優(yōu)點卻為用戶應用帶來了更大的受益其基本功能框圖如下：

　　對比齊納式和隔離式安全柵的特點和性能后可以看出，隔離式安全柵有著突出的優(yōu)點和更為廣泛用途，雖然其價格略高于齊納式安全柵，但從設計、施工安裝、調(diào)試及維護成本來考慮，其綜合成本可能反而低于齊納式安全柵。在要求較高的工程現(xiàn)場幾乎無一例外地采用了隔離式安全柵作為主要本安防爆儀表，隔離式安全柵已逐漸取代了齊納式安全柵，在安全防爆領域得到了日益廣泛的應用。

3. 安全柵原理—工作原理

　　安全柵的主要功能就是限制安全場所的危險能量進入危險場所，及限制送往危險場所的電壓和電流，下面具體分析兩種安全柵的工作原理：

　　齊納安全柵的穩(wěn)壓二極管限制了從非本安端傳到本安端的電壓，電阻限制了電流，快速熔斷器用于保護穩(wěn)壓二極管不被過大的電流燒壞。通過電路的限壓和限流，把傳輸?shù)轿ｋU區(qū)的能量限制在安全值之內(nèi)。它的特點是電路元器件少，故障率低，成本低，回路信號保真性好，但由于必須加限能電阻再加上智能變送器的采樣電阻，過大的電壓降低往往會導致回路供電不足，而且在工程中要可靠接地，否則會失去防爆安全保護功能。如下圖所示：

　　齊納管Z用于限制電壓。當回路電壓接近安全限壓值時，齊納管導通，使齊納管兩端的電壓始終保持在安全限壓值以下。電阻R用于限制電流。當電壓被限制后，適當選擇電阻值，可將回路電流限制在安全限流值以下。

　　與齊納安全柵相比，隔離式安全柵除具有限壓與限流的作用之外，還帶有電流隔離的功能。隔離式安全柵以安全柵的電路作為本安電路，實現(xiàn)限流和限壓，并用脈沖變壓器或光電器件隔離本安電路與非本安電路，它容易實現(xiàn)信號一入兩出等分配功能，因為電源、輸入、輸出相互隔離，組成系統(tǒng)時不需要接地，信號*浮空，檢測和控制回路的信號穩(wěn)定性和抗干擾能力大大加強，從而提高了整個系統(tǒng)的可靠性。如下圖所示：

　　其核心的電路為安全柵基本限能電路，隔離單元包括變壓器隔離組件、模頻轉換和頻模轉換電路，信號處理單元則根據(jù)各種隔離柵功能要求進行信號處理。隔離柵通常由回路限能單元、電流隔離單元和信號處理單元三部分組成，其中回路限能單元為安全柵的核心部分。此外，輔助有用于驅動現(xiàn)場儀表的回路供電電路和用于儀表信號采集的檢測電路。信號處理單元則根據(jù)安全柵的功能要求進行信號處理。